Анализ виброизоляции многоэтажного здания от воздействия метрополитена

АНАЛИЗ ВИБРОИЗОЛЯЦИИ МНОГОЭТАЖНОГО ЗДАНИЯ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ МЕТРОПОЛИТЕНА

Алехин В.Н.

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», Екатеринбург, Россия, sapros_ustu[AT]mail.ru

Антипин А.А.

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», Екатеринбург, Россия, sapros_ustu[AT]mail.ru

Городилов С.Н.

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», Екатеринбург, Россия, sapros_ustu[AT]mail.ru

Пастухова Л. Г.

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», Екатеринбург, Россия, sapros_ustu[AT]mail.ru Авторами проведено численное исследование вибрационного воздействия на проектируемый 11-этажный жилой дом с нежилыми помещениями на 1-м этаже и подземной автостоянкой в г. Екатеринбурге, размещенного непосредственно над тоннелями линии действующего метрополитена, с целью сравнения изолирующей способности различных вибродемпфирующих материалов на примере эластомерного материала Nowelle™, mod 1.10 общего назначения (Россия) и полиуретановых виброизоляционных матов Sylomer AG5004 фирмы «Getzner» (Австрия). Площадь застройки 1453,3 м2. Глубина заложения туннелей на участке планируемого строительства 30 м.

В качестве исходных данных приняты результаты экспериментального исследования уровней виброускорения на поверхности грунта на территории проектируемой застройки [3]. Экспериментально установлено, что движение поездов создают вибрации в трех направлениях - горизонтальных X, Y и вертикальном Z - в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 31,5 (70...92 дБ) и 63 Гц (73...96 дБ). В октавных полосах со среднегеометрическим частотами 2, 4, 8 и 16 Гц уровень вибрации от прохождения поездов метро не превышает фоновых значений. Таким образом, общая вибрация носит высокочастотный характер. Уровни виброускорения, создаваемые поездами метрополитена на территории застройки жилого дома на 6...15 дБ, превышают значения, допустимые для жилых помещений. Известно, что при распространении вибраций с грунта на конструкции здания их величина может изменяться - уменьшаться в конструкциях фундамента и увеличиваться в плитах перекрытий и стенах, что может вызывать повышенные уровни вибрации и шум в помещениях проектируемой застройки [4, 5].

Наиболее эффективным методом виброизоляции в зданиях является снижение вибрации в источнике, в данном случае в стволе веток метрополитена. Альтернативный метод виброизоляции (снижение ее на пути распространения) заключается в использовании слоя упругого (виброизолирующего) материала под фундаментной плитой, а также между подземной частью здания и грунтом.

С целью выбора материала виброизоляции проведен расчет ожидаемых уровней виброускорений на перекрытиях этажей, на которых располагаются жилые и встроенные нежилые помещения для двух вариантов виброизоляционного слоя:

1 - полиуретановых виброизоляционных матов Sylomer AG5004 фирмы «Getzner» (Австрия);

2 - эластомерного материала Nowelle™, mod 1.10 общего назначения (Россия).

Для расчета была использована расчетная пространственная модель здания, построенная в программе ЛИРА-САПР, в которую были введены пластинчатые конечные элементы с характеристиками виброизолирующего материала, располагающиеся в основании; построено дополнительное загружение от воздействия вибрации на конструкции здания, при котором спектры динамических воздействий прикладывались к одноузловым конечным элементам упругих связей и передавались в узлы конечных элементов, моделирующих виброизолирующий материал.

С целью достижения максимальной правдоподобности прогнозируемых результатов была учтена нестационарность процесса распространения вибрации по конструкциям здания. С этой целью выполнена цифровая обработка динамики экспериментальных замеров. Построены акселерограммы зависимости виброускорений от времени в период проходов электропоездов по тоннелям в двух направлениях.

В качестве расчетного интервала времени интегрирования выбран интервал прохождения электропоезда t = 20 с.

Переход от уровней виброускорения к среднеквадратическим значениям виброускорения производился по известной зависимости [1]:

A, =201g “

1-ИГ* ’

где a - среднеквадратическое значение (СКЗ) амплитуды виброускорения, м/с2;

1-10 - 6 - опорное значение виброускорения, м/с2.

Согласно ГОСТ [2] интервал времени осреднения амплитуд виброускорения составляет не менее 1 с, тогда как расчетный временной шаг At принят равным полупериоду максимальной анализируемой частоты

At = 1/(2fmax),

где fmax - частота 63 Гц, .

Тогда At = 1/(2*63)= 1/126 = 0,0079 ~ 0,01 с.

Для синусоидальных вибраций с постоянными амплитудами среднеквадратическое значение (СКЗ) амплитуды равны самой амплитуде. Очевидно, что вибрации от поездов метрополитена, передающиеся через грунт, носят сложный несинусоидальный полигармониче- ский характер со сложным спектром и с возможными "внутри секундными пиками", для которых не существует простых соотношений между параметрами вибрации. Для учета этого обстоятельства при переводе среднеквадратических значений (СКЗ) амплитуд виброускорения в значения мгновенных амплитуд принято, в соответствии с [2], что отношение пиковых значений к средним квадратическим составляет

к = amax/a-

где к - пик-фактор, принятый в расчете равным л/2 = 1,41.

В результате расчета пространственной конечно-элементной модели определены изменения значения виброускорений во времени с шагом At = 0,01 с при почастотном нагружении в нормируемом диапазоне со среднегеометрическими частотами 2, 4, 8, 16, 31,5 и 63 Гц. Расчетные точки выбраны в узлах модели, расположенных на перекрытиях в центре помещений с наибольшим удалением от стен, как наиболее неблагоприятные для возникновения вертикальных вибраций.

Сравнение результатов пиковых максимумов уровней вибоускорений для двух вариантов вибродемпфирующих слоев приведено в табл. 1.

Таблица 1

Пиковые максимумы ожидаемых уровней вибрации на перекрытиях этажей, дБ S

В результате проведенных расчетов установлено:

Абсолютные мгновенные пики уровней виброускорений лежат в пределах:

для полиуретановых виброизоляционных матов Sylomer AG5004 фирмы «Getzner» (Австрия) - 85...99 дБ;

для эластомерного материала Nowelle™, mod 1.10 общего назначения (Россия) - 88...98 дБ.

При сравнении ожидаемых уровней вибрации на перекрытиях этажей эластомерный материал Nowelle™, mod 1.10 общего назначения (Россия) оказался не хуже виброизоляци- онных матов Sylomer AG5004 фирмы «Getzner» (Австрия) в 51% случаев.

Применение в проекте жилого дома виброизоляционного слоя из эластомерного материала Nowelle™, mod 1.10 общего назначения (Россия) по сравнению с матами Sylomer AG5004 фирмы «Getzner» (Австрия) позволил сократить затраты в 2,1 раза (в ценах марта 2015 года).

Библиографический список

СН 2.2.4/2.1.8.566-96. Санитарные нормы. Производственная вибрация, вибрация в помещения жилых и общественных зданий.

ГОСТ 31191.1-2004 (ИСО 2631-1:1997). Измерение общей вибрации и оценка ее воздействия на человека. Общие требования.

Отчет 04/13-021 об измерениях вибрации метрополитена на территории застройки жилого комплекса по адресу: г. Екатеринбург, ул. Челюскинцев, 82. Научно-технический отчет. ООО «ЛАИСФ», 2013 г.

Справочник по защите от шума и вибрации жилых и общественных зданий. Под.ред. Заборова В.И. Киев. «Будивельнык», 1989 г.

Иванов Н.И. Инженерная акустика. Теория и практика борьбы с шумом. М.: Университетская книга, Логос. 2008.

Количество показов: 1649